Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

Dr. Boy: 3D-gedruckte Formeinsätze jetzt aus Metall

Lange Standzeiten: Mit einem einzigen Set 3D-gedruckter Formeinsätze aus Metall fertigte Boy während der kompletten Messelaufzeit Karabinerhaken aus PA66GF30. (Foto: K-Aktuell)

Lange Standzeiten: Mit einem einzigen Set 3D-gedruckter Formeinsätze aus Metall fertigte Boy während der kompletten Messelaufzeit Karabinerhaken aus PA66GF30. (Foto: K-Aktuell)

Vor zwei Jahren zur Fakuma hatte Boy ein Konzept für kleine Losgrößen vorgestellt, bei dem Werkzeugeinsätze per 3D-Druck hergestellt werden. Jetzt wurde zur Fakuma 2017 eine Weiterentwicklung auf einer Boy XXS (63 kN) vorgestellt. Boy hat die Idee der zunächst aus Kunststoff gedruckten Einsätze auf metallische Einsätze ausgedehnt. „Damit sind die Bedingungen noch näher an der Serie, die Standzeit erhöht sich auf mehrere Tausend Teile. Wir fertigen während der gesamten Messelaufzeit mit einem einzigen Set“, zählte der geschäftsführende Gesellschafter Alfred Schiffer die Vorteile auf. Boy produzierte auf der Messe Karabinerhaken aus PA6GF30.

3D-gedruckte Werkzeugeinsätze aus Metall stellen höhere Anforderungen an den Werkzeugaufbau

3D-gedruckte Metall-Formeinsätze erschließen höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit eine Werkzeugtemperierung/-kühlung zu integrieren. (Foto: Dr. Boy)

3D-gedruckte Metall-Formeinsätze erschließen höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit eine Werkzeugtemperierung/-kühlung zu integrieren. (Foto: Dr. Boy)

Werden nur kleine Losgrößen von einem Kunststoffteil benötigt oder befindet sich das Bauteil noch in der Entwicklungsphase, kann die moderne 3D-Technologie dabei helfen Werkzeugkosten einzusparen. Statt aufwändigem Aufbau von teuren Stahlwerkzeugen sind gerade im Prototypenbau und bei den immer individuelleren Gestaltungen der Bauteile flexiblere und kosteneffizientere Lösungen gefordert.

Direkt oder indirekt

Eine direkte Teileproduktion aus dem 3D-Drucker unterscheidet sich jedoch erheblich von einem Spritzgussteil. So weichen beispielsweise die physikalischen Eigenschaften eines 3D-gedruckten Bauteils von spritzgegossenen Teilen teils erheblich ab. Die Lösung sind 3D-gedruckte Formeinsätze, mit denen sich – eingebaut in ein Kassettenwerkzeug – sehr kosteneffizient die Kunststoffteile herstellen lassen.

Basierend auf den CAD-Daten des Kunststoffteils lassen sich die Druckdaten der Werkzeug-Formeinsätze entsprechend aufbereiten, und 3D-Drucker erstellen die Form. Je nach Größe der Bauteile kann dies bereits in Minuten erfolgen, für größere Konstruktionen sind auch längere Bearbeitungszeiten erforderlich. Dennoch entstehen diese Werkzeug-Formeinsätze wesentlich schneller und kostengünstiger als ihre stählernen Konkurrenten.

Von der Kunststoff- zur Metallform

Montierter Metall-Formeinsatz. (Foto: Dr. Boy)

Montierter Metall-Formeinsatz. (Foto: Dr. Boy)

In den letzten zwei Jahren revolutionieren die 3D-gedruckten Formeinsätze aus Kunststoff den Werkzeugbau in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Niedrige Werkzeugkosten durch 3D-gedruckte Formeinsätze sowie die schnelle Umsetzung von Änderungen sind die entscheidenden Vorteile für die Anwender. Ein Wermutstropfen sind bei diesen Werkzeugen jedoch deren Standzeiten. Je höher die Temperaturen der Materialien sowie die Einspritzdrücke sind, desto stärker werden die Formeinsätze belastet, und die Einsatzzeiten der 3D-gedruckten Formen schwinden. Gerade bei Kleinserien und mittelhohen Stückzahlen wünschen sich viele Anwender daher standfestere Lösungen. Diese ist mit der Verwendung von 3D-gedruckten Formeinsätzen aus Metall gegeben. Höhere Standfestigkeiten sowie die Möglichkeit einer teils erforderlichen Werkzeugtemperierung/-kühlung sind mit diesen Metall-Formeinsätzen gegeben und stellen somit die nächste Ausbaustufe der additiven Fertigung dar.

Eine gute Vorbereitung ist das A & O

3D-Formeinsatz (hier aus Kunststoff) im Werkzeugwechselsystem. (Foto: Dr. Boy)

3D-Formeinsatz (hier aus Kunststoff) im Werkzeugwechselsystem. (Foto: Dr. Boy)

Der schichtweise Druck der Formeinsätze aus Kunststoff oder Metall unterscheidet sich jedoch deutlich in punkto Vorbereitung und Planung. Bei den Metall-Formeinsätzen müssen bereits im Vorfeld eine Vielzahl von Randbedingungen zusätzlich berücksichtigt werden. So müssen bei komplexen und stark drei-dimensionalen Teilen Temperierkanäle und deren Anschlüsse bereits bei der Planung der Formeinsätze vorgesehen werden. Ebenso muss bei den metallisch gedruckten Werkzeugen die Trennebene noch bearbeitet werden, denn die Struktur der Formteiloberfläche ergibt sich aus dem Druckvorgang. Für die Erreichung einer definierten bzw. gewünschten Oberfläche ist daher dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt erforderlich.

Ist der technologische und monetäre Aufwand der 3D-gedruckten Formeinsätze für kleine Stückzahlen überschaubar und wesentlich effizienter als die herkömmlichen Stahlwerkzeuge, trifft dies bei Metall-Formeinsätze je nach deren Aufbau und Komplexität nicht derart voll umfänglich zu. Bereits bei der Auslegung der Werkzeuge bzw. der Metall-Formeinsätze sollte die Entscheidung zu einem Metall-Formeinsatz oder zu einem herkömmlichen Aluminium- oder Stahlwerkzeug getroffen werden. Dem Konstrukteur sollten daher die Potenziale der 3D-Technologie geläufig sein, um anhand der zusätzlichen Möglichkeiten den besten Weg zu einem guten und günstigen Werkzeug zu gehen.

www.dr-boy.de

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